8 월, 미국 의학 협회 저널에 글을 쓰는 의사 그룹이 일부 전암 조건이 더 이상 암으로 표시되어서는 안된다고 제안했을 때, 이러한 조건의 탐지의 발전이 침습성 암의 발생률을 줄이지 않았다는 연구에 의해 권장 사항이 뒷받침되었습니다. 실제로, 퍼져 있지 않은 유방의 일부에서 비정상적인 세포 인 현장에서 덕트 암종과 같은 전 암성 조건은 암으로 진행될 수 있지만 종종 그들을 치료하기에 얼마나 적극적으로 치료하는지에 대한 의문을 제기 할 수는 없습니다. 더 큰 문제는 의사가 침략적이 될 사례와 무해한 사례를 구별 할 수있는 신뢰할 수있는 방법이 없다는 것입니다.
이 도전과 암을 치료하는 의사와 그것을 이해하려는 과학자들 모두가 암의 고유 한 이질성으로 추적 될 수 있습니다. 암 세포는 불안정한 게놈을 가지고 있습니다. 이는 염색체가 속도가 방해가되는 조각을 얻고 잃을 수 있음을 의미하며, 빠르게 자라서 유 전적으로 다양한 집단을 만듭니다. 결과적으로, 동일한 종양 내의 다른 세포는 예를 들어 다른 수의 염색체 및 독특한 돌연변이로 상당히 다르게 보일 수 있습니다. 종양 내의 세포의 서브 세트만이 검사되지 않은 성장을 허용하거나 새로운 환경으로 퍼지거나 특정 약물을 피할 수있는 돌연변이를 갖을 수 있습니다. 그러나 대부분의 암 연구는 많은 세포와의 차이를 평균하기 때문에 암의 마감의 중심에있는이 희귀 한 돌연변이는 균형이 손실 될 수 있습니다.
그것은 곧 변할 수 있습니다. 새로운 기술을 통해 연구원들은 개별 암 세포의 유전학을보다 정확하게 추적 할 수 있습니다. 초기 연구는 세포에서 염색체의 수와 같은 거친 측정만을 볼 수있는 반면, 과학자들은 이제 각 세포에서 여러 유전자의 복사본 수를 기록 할 수 있으며 경우에 따라 전체 게놈을 읽을 수 있으며, 이는 단일 세포들 사이에서 유전 적 다양성의보다 정확한 그림을 제공합니다. 동일한 종양의 다른 부분에서 세포를 비교하기 위해 이러한 기술을 사용한 최근의 연구와 시간이 지남에 따라 극심한 다양성이 드러났으며, 이는 질병에 힘을주는 돌연변이의 친밀한 초상화를 제공합니다. 돌연변이 속도와 게놈 불안정성의 동인에 대해 더 많이 알면 암의 기원에 대한 근본적인 질문에 대답하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 치료 옵션을 개선 할 수 있습니다.
작년에 발표 된 연구에 따르면 침입 전 암종 및 침습성 유방암을 가진 13 명의 여성 각각의 100 개 이상의 개별 암 세포를 분석 한 결과, 주요 암 유전자는 세포마다 수가 다양하다는 것을 발견했습니다. 전 침습 세포조차도 유 전적으로 불안정했습니다. 이는 세포가 이미 유 전적으로 다양하므로 확산 능력을 가질 수 있기 때문에이 침습 전 상태도 처리되어야한다는 생각을 뒷받침합니다. (그러나 과학자들은 침습성 암이없는 여성의 침입 전 덕트 암종이 유 전적으로 불안정하다는 것을 확인해야합니다.)
인구 생물학 및 생태학 연구에 따르면 유 전적으로 다양한 인구가 더 강력하여 환경 문제에 직면하여 생존 할 가능성이 더 높습니다. 휴스턴에있는 텍사스 대학교의 MD 앤더슨 암 센터의 암 유전학자인 니콜라스 나빈 (Nicholas Navin)은 이것이 암에도 해당 될 것입니다. "다양성은 종양이 선택적 압력을 처리 할 수있게한다"고 그는 말했다. 유 전적으로 다양한 종양에서는 약물에 노출 될 때 수백만 개의 세포가 사망하지만, 몇몇 세포가 유전자 적으로 생존 할 수있는 힘이있을 가능성이 높습니다. 이 세포는 대부분 살해 될 때 '인구 병목 현상'을 경험할 것입니다.“그러나 시간이 지남에 따라 종양 덩어리를 계속 살아남아 재개합니다.”라고 Navin은 말했습니다.
다양하고 치명적인
Alejandro Schäffer의 어머니와 첫 아내는 각각 식도와 위암으로 사망했습니다. 그런 다음 2 년 전 그의 아버지는 새로운 약물로 식도암으로 성공적으로 치료를 받았습니다. “저는 최근 암 연구의 발전이 일부 환자를 치료할 수 있지만 갈 길이 멀다는 것을 직접 보았습니다.
2008 년 피츠버그에서 최근 미망인 아버지를 방문하면서 Schäffer는 Carnegie Mellon University의 컴퓨터 과학자 인 Russell Schwartz를 만났습니다. Schäffer와 마찬가지로 Schwartz는 암에 대한 진화 적 접근 방식을 연구하고있었습니다. 이 관점에 따르면, 암 세포는 살라 맨더 종이 변화하는 기후에 적응하거나 새로운 영토에 사로 퍼질 수있는 것처럼 환경에 적응하고 적응합니다. 거의 40 년 전에 제시된이 진화 적 관점은 수십 년의 이론적 연구를 낳았으며 암이 어떻게 시작되고 확산되는지에 대한 과학자들의 견해를 형성했습니다. 그러나 직접적인 DNA 증거는 이러한 개념을지지했다. 이제 진화 생물학의 도구와 짝을 이루는 개별 암 세포의 분자 시그니처를 분석하는 새로운 기술을 갖추고 있으며, 과학자들은 암의 진화를 강화하고 성장을 뒤덮는 메커니즘을 정확히 찾아내는 데 도움이 될 수있는 세부 사항으로 암의 진화를 추적하기 시작했습니다.
.Schäffer는“종양 진행이 게놈 변화의 진화 과정이라는 점이 점점 높이 평가되고있다”고 말했다. "따라서 종의 진화를 이해하기 위해 개발 된 기술은 종양 진행을 이해하기 위해 적용될 수 있고 적용되어야합니다."
도롱뇽과 암 세포 모두에서 생식은 게놈에 특히 위험한 시간을 제공합니다. 염색체는 병사처럼 줄을 서서 연대로 나누고 딸 세포의 새로운 벙커로 행진하기 전에 복제해야합니다. 프로세스의 각 단계는 오류의 기회를 나타냅니다. DNA가 복사 될 때 실수가 발생할 수 있으며, 염색체는 잘못된 세포에서 잘못 정렬, 분리 또는 잘못된 세포에서 파업 할 수 있습니다. 이 유전자 가프에서 암은 태어납니다.
암에 대한 진화 적 접근에서, 각 세포 유형은 개별 종으로 취급되며 유기체 간의 진화 적 관계를 매핑하는 구조 인 계통 발생 트리에 플로팅된다. 트리 구조는 예를 들어, 세포가 나뉘어 질 때 어떤 유전자가 복사되거나 삭제 될 가능성이 가장 높고, 성장과 생존 측면에서 가장 좋은 경쟁자 인 트리 부분이 어떤 유전자를 복사하거나 삭제할 가능성을 계산할 수 있다고 Schäffer는 썼다.
.이 접근법을 통해 과학자들은 유전자 나 단백질과 같은 단일 바이오 마커 이상 또는 한 시점에서 암의 다양성을 볼 수 있지만 종양 자체의 역학에서 그 행동을 더 잘 예측할 수 있습니다. Schäffer 및 Schwartz와 함께 일하는 Bethesda, Md.에있는 National Cancer Institute의 종양 전문의 인 Thomas Ried는“이 문제는 암 발전에 역학이 얼마나 중요한지 이해하는 것입니다.
7 월 Bioinformatics 저널에 발표 된 논문에서, 연구원들은이 접근법을 사용하여 종양 전문의가 직면 한 가장 어려운 질문 중 하나에 답하려고 시도했습니다. 일부 암이 퍼지는 이유는 무엇입니까? Schwartz는“진화 나무는 종양의 진화 과정에 대해 생각하는 방법이됩니다.
그들은 자궁 경부암이있는 여성의 단일 세포 데이터를 사용하여 계통 발생 나무를 만들었습니다. 그런 다음 복잡한 데이터에서 예측 기능을 찾도록 설계된 컴퓨터 알고리즘, 트리의 구조를 비교하도록 설계된 컴퓨터 알고리즘을 사용했습니다. 예를 들어, 가지가 적은 좁은 나무는 덤불보다 유전 적 변동성이 적습니다. Schwartz는“우리는 나무들 사이에서 공통점이 무엇인지, 진보하는 종양과 그렇지 않은 종양을 분리하는 것을 물을 수 있습니다.
전반적으로, 나무 접근법은 개별 유전자의 사본 수와 같은 표준 바이오 마커보다 나중에 전이 된 원발성 종양 중 어느 것을 더 잘 예측할 수있었습니다. 과학자들은 계통 발생 나무 내에서 주요 예측 특징을 아직 정확히 찾지 못했지만 Schwartz와 그의 동료들은 전이성 암이 좁은 나무를 가지고 있으며, 이는 신체에 퍼지는 세포에 부과되는 선택적 압력을 반영 할 수 있음을 발견했습니다. "종양이 원인 조직 대 원점 조직으로 이동하고 생존 할 수 있도록보다 구체적인 돌연변이 세트가 필요하다"고 그는 말했다.
피해 예측
이러한 예비 결과를 통해 과학자들은 다른 데이터 세트에서 단일 세포 접근법을 테스트하기 시작했지만 아직 암이 실제로 확산 될 것이라고 예측하는 데 사용하지 않았습니다. 그럼에도 불구하고, 그들은이 접근법이 질병에 대한 기본 및 임상 적으로 관련된 질문에 대답 할 수있는 잠재력을 강조합니다.
Schwartz의 연구는 각 세포 내에서 소수의 유전자를 보면서 암 심각성을 예측하는 것을 목표로했습니다. 다른 사람들은 이제 단일 세포의 전체 게놈을 검사하기 시작하여보다 포괄적 인 진화 적 그림을 제공합니다. 2011 년, 롱 아일랜드의 콜드 스프링 하버 실험실의 박사후 연구원 인 Navin과 Collaborators는 암의 단일 세포 게놈의 첫 번째 분석을 발표하여 유방암의 두 경우 각각에서 100 세포의 전체 게놈을 시퀀싱했습니다. 결과는 우세한 교리에 도전했으며, 암 세포는 유전자 변화를 점진적으로 축적했다.
Navin은“10 년에서 20 년에 걸쳐 돌연변이를 획득하는 대신, 우리의 데이터는 많은 게놈 돌연변이로 진화적인 버스트를 제안했습니다. 이 버스트는 X- 선에 대한 환경 노출 또는 유전자의 돌연변이에 의해 DNA를 복구하는 데 도움이되는 유전자의 돌연변이에 의해 유발 될 수있다. "진점이 난 후, 게놈 재 배열이 발생한 후, 암 세포는 이미 침습적이고 전이성이 높아지고 궁극적으로 환자를 죽일 적절한 돌연변이를 가질 수있다"고 그는 말했다. "이러한 염색체 수차를 얻으면 돌아 오지 않는 시점에 있습니다."
.앞으로 Navin과 다른 연구자들은 암의 가속 돌연변이에 대한 암의 명성을 시험에 적용 할 계획입니다. 작업 가정은 암 세포가 건강한 세포보다 분할 당 더 많은 돌연변이를 습득한다는 것이지만, 같은 시간에 더 많은 돌연변이 기록을 쌓아 올릴 수도 있습니다. Navin은“이것은 매우 논쟁의 여지가 있습니다. "단일 세포 시퀀싱 도구를 사용하면 이전에는 불가능했던 이러한 돌연변이 속도를 실제로 해부 할 수 있습니다." 대답은 치료에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 더 빠르게 나누는 세포는 복제 또는 세포주기에 영향을 미치는 약물에 더 취약 할 것입니다.
.임상 적 측면에서 연구원들은 왜 일부 암이 치료 후 몇 달 또는 몇 년 후에 반송되는지를 조사 할 계획입니다. 지난 10 년 동안 암의 특정 분자 변화를 차단하도록 설계된 표적 암 요법은 질병 치료에 큰 진전을 이루었습니다. 그러나 그들의 성공은 일반적으로 수명이 짧습니다. 이 약물로 치료받은 사람들은 종종 재발이 발생하여 종양이 내성이되었음을 시사합니다. Schaffer는“종양 내 이질성이 단일 '매직 총알'화학 요법에 의한 개인화 된 암 치료에 대한 몇 가지 주요 장애 중 하나라는 것이 분명해지고 있다고 생각합니다.
예를 들어, 일부 종양은 특정 약물에 저항 할 수있는 희귀 세포를 가질 수 있습니다. 단일 세포를 분석하면 궁극적으로 과학자와 의사가 HIV 처리의 접근과 유사한 상이한 분자 메커니즘을 표적으로하는 약물의 칵테일이 보증되는시기를 더 잘 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다. Ried는“종양 이질성을 이해하면 질병 재발 문제를 끝내는 데 도움이 될 것입니다.
